三、激励信号频率带宽

根据所关心的频率带宽选择激励信号频率带宽，要避免激励信号的频率超出关心的频带之外，否则频带外的信号可能会占据测量系统动态范围的很大部分，降低频带内数据的精度。

四、冲击力锤

冲击力锤是和力传感器结合在一起构成一个仪器使用的，如图6所示，除锤体和锤柄为一体外，其余部件均可更换。

1—锤体；2一力传感器；3一锤帽；4—锤柄；5一附加质量

图6 带力传感器的冲击力锤

冲击脉冲的特性决定于操作者用力大小、锤子的重量、锤头的硬度以及结构被敲击点的弹塑性。

理想的脉冲信号是δ函数，其频谱为一水平直线，包含所有频率成分，如图7所示。实际的冲击激励信号是一有限宽度和有限高度的脉冲信号，图8所示为实测脉冲信号的时间历程图和频谱图。脉冲激励信号宽度τ表示激励作用时间，高度A0表示冲击力幅值，曲线下面与t轴所围面积表示冲击力的冲量。可以看出，在低频段能量近似均匀分布，而在高频段能量逐步衰减；可见，实际冲击激励的力谱总是有限带宽上的频谱，其有效频带只是低频部分。所以，冲击激励的高频响应较差。自谱曲线与水平频率轴所围面积表示冲击力输入给结构的总能量。

图7 理想的脉冲信号——δ函数

实测脉冲信号——时间历程

图8 实测脉冲信号——频谱图

对于单次冲击激励，要想在关心的频率范围内获得较理想的冲击脉冲函数，应注意以下几个因素。

1. 选择锤体的质量来控制输入能量

力脉冲的能量来自冲击锤的动能（1/2mv^2），决定于冲击锤的质量和速度。精确控制冲击锤的速度较难做到。因此，一般靠调节冲击锤的质量控制输入结构的能量。

冲击锤的质量包括锤体、锤帽、附加质量及力传感器的质量。冲击锤有多种规格，小到二三十克，大到几千克、几十千克。根据不同的试验结构，选择不同质量的冲击锤。

2. 选择锤帽的刚度来控制能量分布的因素

影响冲击能量分布的因素有两个：脉冲的宽度τ和高度A0。τ和A0越小，能量分布越平缓；反之，能量变化越大。力脉冲宽度τ决定于锤帽与结构的接触刚度。在结构一定的情况下，锤帽越硬即刚度越大，冲击时接触时间越短，力谱越平缓。实际操作时，通过更换不同材料的锤帽控制力的脉冲宽度τ。图9所示为使用三种刚度的锤帽测得的时间历程和冲击力谱曲线，锤帽的材质通常有钢、铝、尼龙、橡胶及允气锤帽数种。

图9 使用不同刚度锤帽测得的时间历程及冲击力谱曲线

另一种影响冲击能量分布的因素是力脉冲高度A0，它主要决定于输入能量的大小。由于控制输入能量的方法主要是控制冲击锤质量，故在相同冲击速度下，冲击锤质量越小，力脉冲高度A0越小，力谱越平缓。图10绘出了使用三种不同质量的冲击锤时测得的力谱曲线。

图10 使用三种不同质量的冲击锤时的力谱曲线

选择锤体质量与锤帽刚度是一对矛盾，因为冲击激励能量输入与频率范围是矛盾的。一方面，总希望结构能得到足够大的激励能量，以提高信噪比；另一方面，输入能量增大会导致频率范围降低，影响试验的高频特性。因此，必须针对实际情况综合考虑。

（1）尽可能将输入能量集中在所希望的频率范围内，要求此范围内的力谱曲线比较平直，下降（或上升）不超过10～20dB。

（2）力脉冲的宽度不宜太小，应至少采集到力脉冲主瓣的4个数据点。

（3）选择合适的敲击点。

与激振器试验一样，敲击点宜选在适当远离振动模态反节点的位置。如果结构各部分刚度变化较大，则敲击点宜选在刚度较大的部位。

（4）敲击周期的控制。

对单次冲击方式，每次采样包含一个力脉冲，敲击周期即采样时间。每次敲击的力度、延续时间应尽量相同。在一次采样中使信号基本衰减到零为好。

对随机冲击激励，每次采样包含多个力脉冲。力脉冲的个数视实际情况而定。各次冲击应尽量做到随机性，避免出现周期性。

（5）防止信号过载。

若冲击试验靠手工完成，则冲击试验中的过载是一个常见问题，要凭经验控制。在预试验中，应反复调整电荷放大器的量程，避免信号过载。

冲击力过大不仅会引起测量信号过载，有时还会使结构冲击部位局部变形过大而引起塑性变形。这也是应注意的问题之一。

另外还有预载-释放激励、声激励和磁激励等，其主要缺点是实际的输入力无法测量。